機(jī)床商務(wù)網(wǎng)
技術(shù)文章
水泵調(diào)速裝置的選配
閱讀：205 發(fā)布時(shí)間：2015-1-9
水泵調(diào)速裝置的選配
據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，全國(guó)水泵耗電量約占全國(guó)發(fā)電量的30%。目前，水泵以變流量調(diào)速運(yùn)行（即電動(dòng)機(jī)調(diào)速）替代原有的閘閥節(jié)流而獲得顯著的節(jié)能效益，引起人們的極大關(guān)注。因此，水泵必然成為全國(guó)調(diào)速節(jié)能的重點(diǎn)對(duì)象。下面我們簡(jiǎn)單地介紹一下幾種水泵的調(diào)速裝置。
一、液力偶合器調(diào)速
液力偶合器調(diào)速是將調(diào)速型液力偶合器或液力偶合器傳動(dòng)裝置裝于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)與負(fù)載（如水泵）之間，靠手動(dòng)、電動(dòng)遙控或自動(dòng)控制操作導(dǎo)管，調(diào)節(jié)工作腔中油的充滿度來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。主要特點(diǎn)為：
?。?）能使電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)和軟啟動(dòng)，以其尖峰力矩啟動(dòng)空的載荷，因此提高電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能力。
?。?）緩和沖擊、衰減扭振，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
?。?）五級(jí)調(diào)速，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制，無(wú)低壓控制電源時(shí)亦可手動(dòng)操作。
?。?）對(duì)水泵類離心機(jī)械，調(diào)速范圍約為5:1。
?。?）適用于不同等級(jí)的高低電壓、中大容量電機(jī)使用，使電機(jī)始終以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電機(jī)效率高，功率因素高，無(wú)諧波影響。
?。?）液力偶合器本身存在轉(zhuǎn)差，負(fù)載不能達(dá)到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，zui高轉(zhuǎn)速為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的97%~98%，調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差消耗以發(fā)熱形式散掉，或加熱于水反饋利用。屬于附加轉(zhuǎn)差調(diào)速裝置。
目前國(guó)產(chǎn)調(diào)速型偶合器輸入轉(zhuǎn)速為3000r/min，zui大功率達(dá)6500KW。液力偶合器傳動(dòng)裝置zui高輸出轉(zhuǎn)速為7000r/min，zui大功率達(dá)6300KW。
二、液粘調(diào)速離合器調(diào)速
液體黏性傳動(dòng)是一種新技術(shù)。液粘調(diào)速離合器以粘性液體為工作介質(zhì)，靠主動(dòng)、從動(dòng)摩擦片間隙中粘性液體的黏滯剪切力傳遞動(dòng)力。通過(guò)控制系統(tǒng)的指令電流（mA）由油缸加壓使摩擦片間隙（即油膜厚度）發(fā)生變化，從而改變主動(dòng)、從動(dòng)摩擦片轉(zhuǎn)差和力矩實(shí)施無(wú)級(jí)調(diào)速。主要特點(diǎn)為：
?。?）能使電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)脫開(kāi)（i=0）、同步（i=1.0）和調(diào)速（0＜i＜1.0）三種工況，有*的軟啟動(dòng)特性。
?。?）振動(dòng)低噪聲小、機(jī)構(gòu)緊湊尺寸小。
?。?）是機(jī)電液一體化調(diào)速裝置，由于可以同步傳動(dòng)而比其他調(diào)速裝置有更高的節(jié)能效果。
?。?）出現(xiàn)故障時(shí)可調(diào)緊螺釘實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)，不影響主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
?。?）適用于不同等級(jí)的高低電壓、中大容量電機(jī)配用，是電機(jī)始終以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)效率高，功率因素高，無(wú)諧波影響，是水泵較好的調(diào)速裝置。
?。?）液粘調(diào)速離合器的調(diào)速約在90%~100%之間為不穩(wěn)定區(qū)，品質(zhì)好的液粘調(diào)速離合器配合好的適合于該液粘調(diào)速離合器摩擦副的工作油，則其不穩(wěn)定區(qū)要小一點(diǎn)，在不穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行容易產(chǎn)生振蕩。
目前，我國(guó)已研制出大規(guī)格液粘調(diào)速離合器轉(zhuǎn)速為3000r/min，功率可達(dá)3200KW。
三、變頻調(diào)速
改變異步電動(dòng)機(jī)定子端輸入電源的頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的稱為變頻調(diào)速。用于水泵的變頻裝置主要有交一直一交式電壓型、電流型和脈寬調(diào)制型（PWM）三種。
變頻調(diào)速無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗為其優(yōu)點(diǎn)，但在電源變換裝置中的損耗不容忽視。尤其用在高電壓電機(jī)時(shí)，高電壓電源經(jīng)降壓、整流、儲(chǔ)能、逆變和升壓五次能量變換，增多了許多設(shè)備，不但生產(chǎn)成本（投資）高，而且使電能損耗增加了10%~20%，再加上調(diào)速時(shí)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)使總效率和功率因素均降低，會(huì)使變頻調(diào)速總損耗不小于20%。即使是開(kāi)發(fā)出高壓直接變頻，電源變換損耗也不容忽視。通常用于380V電壓下變頻有較率，調(diào)速范圍寬，能無(wú)級(jí)調(diào)速，特別適合低流量運(yùn)行較多或起、停頻繁的水泵。品種較多，用戶選擇的余地大。但技術(shù)復(fù)雜，維護(hù)困難，價(jià)格高。目前，我國(guó)的電力電子元器件和裝置的技術(shù)還尚在發(fā)展，質(zhì)量低、可靠性差，暫時(shí)尚難大面積推廣使用；多數(shù)元器件還依靠進(jìn)口，但變頻技術(shù)是有發(fā)展前途的技術(shù)。
變頻調(diào)速產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)有嚴(yán)重污染，在應(yīng)用中必須施以對(duì)策。
四、無(wú)換向器電機(jī)調(diào)速
無(wú)換向器電機(jī)調(diào)速是同步電機(jī)的自同步控制變頻技術(shù)。它的主要特點(diǎn)是：
?。?）利用電子技術(shù)，綜合了交、直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，具有交流同步電機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、直流電機(jī)良好的調(diào)速性能和失步的特點(diǎn)。
（2）低速用電源電壓，高速用電機(jī)反電勢(shì)自然換流，運(yùn)行可靠。
?。?）特別適用于高速、大容量同步電機(jī)的啟動(dòng)調(diào)速運(yùn)行，無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗，效率較高。
?。?）現(xiàn)有同步電機(jī)只要軸端加裝位置檢測(cè)器，就能方便地改造為無(wú)換向器電機(jī)方式的調(diào)速運(yùn)行，只是過(guò)載能力較低，原有電動(dòng)機(jī)的容量不能充分發(fā)揮。
圖1不同調(diào)節(jié)方式的耗電特性曲線
Ⅰ-入口軸向?qū)Я髌髡{(diào)節(jié)；Ⅱ-軸向?qū)Я髌?雙速電機(jī)調(diào)節(jié)；
?、?液力偶合器或電磁滑差離合器調(diào)速；Ⅳ-變頻變壓調(diào)速
上述幾種調(diào)節(jié)方式各有特點(diǎn)，為了給調(diào)節(jié)方式提供參考，圖1繪制了四種不同調(diào)節(jié)方式的特性曲線比較。
由圖可見(jiàn)，不同的調(diào)節(jié)方式，其經(jīng)濟(jì)性差別比較大，變速調(diào)節(jié)比非變速調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性好。
調(diào)速裝置的選配要點(diǎn)
首先要確定選用何種調(diào)速方式。目前常用的調(diào)速裝置有液力偶合器，液粘調(diào)速離合器和變頻調(diào)速電機(jī)。我們就以下幾個(gè)方面作分析：
?。?）從節(jié)能的效果來(lái)看：液力偶合器是附加轉(zhuǎn)差調(diào)速裝置，其效率是輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速之比，而且zui高轉(zhuǎn)速只能達(dá)到輸入轉(zhuǎn)速的97%~98%。節(jié)能的效果較差，特別是在低速的時(shí)候；液粘調(diào)速離合器也是附加較差調(diào)速裝置，其效率也是輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速之比，但液粘調(diào)速離合器能*結(jié)合，可100%地傳遞，這點(diǎn)比液力偶合器好，前者至少有3%的轉(zhuǎn)速差；變頻調(diào)速電機(jī)是無(wú)附加轉(zhuǎn)差調(diào)速裝置，效率比較高，特別是在低轉(zhuǎn)速時(shí)*，但變頻調(diào)速電機(jī)在變頻變壓過(guò)程中也有能量損失，轉(zhuǎn)速在85%以上時(shí)其*，但變頻調(diào)速電機(jī)在變頻變壓過(guò)程中也有能量損失，轉(zhuǎn)速在85%以上時(shí)其效率就不如前兩種調(diào)速裝置了。
?。?）從運(yùn)行的可靠性來(lái)看：葉輪偶合器是一種zui成熟、zui可靠的調(diào)速裝置，在25%~97%的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變速非?？煽科椒€(wěn)；液粘調(diào)速離合器在90%~100%區(qū)間是不穩(wěn)定區(qū)域，如果采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的話，則會(huì)產(chǎn)生振蕩，這是不允許的；變頻調(diào)速電機(jī)在20%~100%的范圍內(nèi)頁(yè)能可靠地調(diào)速，但不如液力偶合器成熟。
?。?）從初投資成本來(lái)看：液力偶合器是一種的調(diào)速裝置；大功率變頻調(diào)速電機(jī)及調(diào)速裝置價(jià)格昂貴。
?。?）從維護(hù)保養(yǎng)的角度來(lái)看：液力偶合器是一種zui易于維護(hù)保養(yǎng)的調(diào)速裝置，也是維修人員zui熟悉的；其次是液粘調(diào)速離合器；變頻調(diào)速電機(jī)對(duì)維修人員的要求比較高。
?。?）從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的現(xiàn)狀來(lái)看：液力偶合器是一種國(guó)內(nèi)生產(chǎn)zui多，zui成熟的調(diào)速裝置；變頻調(diào)速電機(jī)是一種國(guó)內(nèi)生產(chǎn)發(fā)展zui快的調(diào)速裝置；液粘調(diào)速離合器在水泵的應(yīng)用比較少。
?。?）從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看：變頻調(diào)速有著廣闊的發(fā)展前景，發(fā)展速度也比較快，有替代前兩種調(diào)速裝置的趨勢(shì)。
據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，全國(guó)水泵耗電量約占全國(guó)發(fā)電量的30%。目前，水泵以變流量調(diào)速運(yùn)行（即電動(dòng)機(jī)調(diào)速）替代原有的閘閥節(jié)流而獲得顯著的節(jié)能效益，引起人們的極大關(guān)注。因此，水泵必然成為全國(guó)調(diào)速節(jié)能的重點(diǎn)對(duì)象。下面我們簡(jiǎn)單地介紹一下幾種水泵的調(diào)速裝置。
一、液力偶合器調(diào)速
液力偶合器調(diào)速是將調(diào)速型液力偶合器或液力偶合器傳動(dòng)裝置裝于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)與負(fù)載（如水泵）之間，靠手動(dòng)、電動(dòng)遙控或自動(dòng)控制操作導(dǎo)管，調(diào)節(jié)工作腔中油的充滿度來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。主要特點(diǎn)為：
?。?）能使電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)和軟啟動(dòng)，以其尖峰力矩啟動(dòng)空的載荷，因此提高電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能力。
?。?）緩和沖擊、衰減扭振，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
?。?）五級(jí)調(diào)速，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制，無(wú)低壓控制電源時(shí)亦可手動(dòng)操作。
?。?）對(duì)水泵類離心機(jī)械，調(diào)速范圍約為5:1。
?。?）適用于不同等級(jí)的高低電壓、中大容量電機(jī)使用，使電機(jī)始終以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電機(jī)效率高，功率因素高，無(wú)諧波影響。
?。?）液力偶合器本身存在轉(zhuǎn)差，負(fù)載不能達(dá)到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，zui高轉(zhuǎn)速為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的97%~98%，調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差消耗以發(fā)熱形式散掉，或加熱于水反饋利用。屬于附加轉(zhuǎn)差調(diào)速裝置。
目前國(guó)產(chǎn)調(diào)速型偶合器輸入轉(zhuǎn)速為3000r/min，zui大功率達(dá)6500KW。液力偶合器傳動(dòng)裝置zui高輸出轉(zhuǎn)速為7000r/min，zui大功率達(dá)6300KW。
二、液粘調(diào)速離合器調(diào)速
液體黏性傳動(dòng)是一種新技術(shù)。液粘調(diào)速離合器以粘性液體為工作介質(zhì)，靠主動(dòng)、從動(dòng)摩擦片間隙中粘性液體的黏滯剪切力傳遞動(dòng)力。通過(guò)控制系統(tǒng)的指令電流（mA）由油缸加壓使摩擦片間隙（即油膜厚度）發(fā)生變化，從而改變主動(dòng)、從動(dòng)摩擦片轉(zhuǎn)差和力矩實(shí)施無(wú)級(jí)調(diào)速。主要特點(diǎn)為：
?。?）能使電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)脫開(kāi)（i=0）、同步（i=1.0）和調(diào)速（0＜i＜1.0）三種工況，有*的軟啟動(dòng)特性。
?。?）振動(dòng)低噪聲小、機(jī)構(gòu)緊湊尺寸小。
?。?）是機(jī)電液一體化調(diào)速裝置，由于可以同步傳動(dòng)而比其他調(diào)速裝置有更高的節(jié)能效果。
?。?）出現(xiàn)故障時(shí)可調(diào)緊螺釘實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)，不影響主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
?。?）適用于不同等級(jí)的高低電壓、中大容量電機(jī)配用，是電機(jī)始終以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)效率高，功率因素高，無(wú)諧波影響，是水泵較好的調(diào)速裝置。
?。?）液粘調(diào)速離合器的調(diào)速約在90%~100%之間為不穩(wěn)定區(qū)，品質(zhì)好的液粘調(diào)速離合器配合好的適合于該液粘調(diào)速離合器摩擦副的工作油，則其不穩(wěn)定區(qū)要小一點(diǎn)，在不穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行容易產(chǎn)生振蕩。
目前，我國(guó)已研制出大規(guī)格液粘調(diào)速離合器轉(zhuǎn)速為3000r/min，功率可達(dá)3200KW。
三、變頻調(diào)速
改變異步電動(dòng)機(jī)定子端輸入電源的頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的稱為變頻調(diào)速。用于水泵的變頻裝置主要有交一直一交式電壓型、電流型和脈寬調(diào)制型（PWM）三種。
變頻調(diào)速無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗為其優(yōu)點(diǎn)，但在電源變換裝置中的損耗不容忽視。尤其用在高電壓電機(jī)時(shí)，高電壓電源經(jīng)降壓、整流、儲(chǔ)能、逆變和升壓五次能量變換，增多了許多設(shè)備，不但生產(chǎn)成本（投資）高，而且使電能損耗增加了10%~20%，再加上調(diào)速時(shí)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)使總效率和功率因素均降低，會(huì)使變頻調(diào)速總損耗不小于20%。即使是開(kāi)發(fā)出高壓直接變頻，電源變換損耗也不容忽視。通常用于380V電壓下變頻有較率，調(diào)速范圍寬，能無(wú)級(jí)調(diào)速，特別適合低流量運(yùn)行較多或起、停頻繁的水泵。品種較多，用戶選擇的余地大。但技術(shù)復(fù)雜，維護(hù)困難，價(jià)格高。目前，我國(guó)的電力電子元器件和裝置的技術(shù)還尚在發(fā)展，質(zhì)量低、可靠性差，暫時(shí)尚難大面積推廣使用；多數(shù)元器件還依靠進(jìn)口，但變頻技術(shù)是有發(fā)展前途的技術(shù)。
變頻調(diào)速產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)有嚴(yán)重污染，在應(yīng)用中必須施以對(duì)策。
四、無(wú)換向器電機(jī)調(diào)速
無(wú)換向器電機(jī)調(diào)速是同步電機(jī)的自同步控制變頻技術(shù)。它的主要特點(diǎn)是：
?。?）利用電子技術(shù)，綜合了交、直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，具有交流同步電機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、直流電機(jī)良好的調(diào)速性能和失步的特點(diǎn)。
（2）低速用電源電壓，高速用電機(jī)反電勢(shì)自然換流，運(yùn)行可靠。
?。?）特別適用于高速、大容量同步電機(jī)的啟動(dòng)調(diào)速運(yùn)行，無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗，效率較高。
?。?）現(xiàn)有同步電機(jī)只要軸端加裝位置檢測(cè)器，就能方便地改造為無(wú)換向器電機(jī)方式的調(diào)速運(yùn)行，只是過(guò)載能力較低，原有電動(dòng)機(jī)的容量不能充分發(fā)揮。
圖1不同調(diào)節(jié)方式的耗電特性曲線
Ⅰ-入口軸向?qū)Я髌髡{(diào)節(jié)；Ⅱ-軸向?qū)Я髌?雙速電機(jī)調(diào)節(jié)；
?、?液力偶合器或電磁滑差離合器調(diào)速；Ⅳ-變頻變壓調(diào)速
上述幾種調(diào)節(jié)方式各有特點(diǎn)，為了給調(diào)節(jié)方式提供參考，圖1繪制了四種不同調(diào)節(jié)方式的特性曲線比較。
由圖可見(jiàn)，不同的調(diào)節(jié)方式，其經(jīng)濟(jì)性差別比較大，變速調(diào)節(jié)比非變速調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性好。
調(diào)速裝置的選配要點(diǎn)
首先要確定選用何種調(diào)速方式。目前常用的調(diào)速裝置有液力偶合器，液粘調(diào)速離合器和變頻調(diào)速電機(jī)。我們就以下幾個(gè)方面作分析：
?。?）從節(jié)能的效果來(lái)看：液力偶合器是附加轉(zhuǎn)差調(diào)速裝置，其效率是輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速之比，而且zui高轉(zhuǎn)速只能達(dá)到輸入轉(zhuǎn)速的97%~98%。節(jié)能的效果較差，特別是在低速的時(shí)候；液粘調(diào)速離合器也是附加較差調(diào)速裝置，其效率也是輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速之比，但液粘調(diào)速離合器能*結(jié)合，可100%地傳遞，這點(diǎn)比液力偶合器好，前者至少有3%的轉(zhuǎn)速差；變頻調(diào)速電機(jī)是無(wú)附加轉(zhuǎn)差調(diào)速裝置，效率比較高，特別是在低轉(zhuǎn)速時(shí)*，但變頻調(diào)速電機(jī)在變頻變壓過(guò)程中也有能量損失，轉(zhuǎn)速在85%以上時(shí)其*，但變頻調(diào)速電機(jī)在變頻變壓過(guò)程中也有能量損失，轉(zhuǎn)速在85%以上時(shí)其效率就不如前兩種調(diào)速裝置了。
?。?）從運(yùn)行的可靠性來(lái)看：葉輪偶合器是一種zui成熟、zui可靠的調(diào)速裝置，在25%~97%的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變速非?？煽科椒€(wěn)；液粘調(diào)速離合器在90%~100%區(qū)間是不穩(wěn)定區(qū)域，如果采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的話，則會(huì)產(chǎn)生振蕩，這是不允許的；變頻調(diào)速電機(jī)在20%~100%的范圍內(nèi)頁(yè)能可靠地調(diào)速，但不如液力偶合器成熟。
?。?）從初投資成本來(lái)看：液力偶合器是一種的調(diào)速裝置；大功率變頻調(diào)速電機(jī)及調(diào)速裝置價(jià)格昂貴。
?。?）從維護(hù)保養(yǎng)的角度來(lái)看：液力偶合器是一種zui易于維護(hù)保養(yǎng)的調(diào)速裝置，也是維修人員zui熟悉的；其次是液粘調(diào)速離合器；變頻調(diào)速電機(jī)對(duì)維修人員的要求比較高。
?。?）從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的現(xiàn)狀來(lái)看：液力偶合器是一種國(guó)內(nèi)生產(chǎn)zui多，zui成熟的調(diào)速裝置；變頻調(diào)速電機(jī)是一種國(guó)內(nèi)生產(chǎn)發(fā)展zui快的調(diào)速裝置；液粘調(diào)速離合器在水泵的應(yīng)用比較少。
?。?）從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看：變頻調(diào)速有著廣闊的發(fā)展前景，發(fā)展速度也比較快，有替代前兩種調(diào)速裝置的趨勢(shì)。